Направи си сам полупроводниково реле: инструкции за монтаж и съвети за свързване

Полупроводниковото реле (SSR) е устройство от серия от немеханични електронни компоненти.Липсата на механика отваря повече възможности за ентусиастите на електрониката да направят твърдотелно реле със собствените си ръце за лична употреба.

Нека разгледаме тази възможност по-подробно.

Устройство и принцип на действие на TTR

Докато повечето такива електроники традиционно съдържат движещи се части от контактни групи, едно твърдотелно реле изобщо няма такива части. Превключването на веригата от веригата на устройството се извършва на принципа на електронен ключ. А ролята на електронни ключове обикновено играят полупроводници, вградени в тялото на релето - силови транзистори, триаци, тиристори.

Преди да се опитате сами да направите твърдотелно реле, е логично да се запознаете с основния дизайн на такива устройства и да разберете принципа на тяхната работа.

Индустриалното производство произвежда твърдотелни релета с различни конфигурации, предназначени за различни практически условия. Изборът от модификации е богат

Като част от задълбочено проучване на устройството, трябва незабавно да се подчертаят предимствата на TTP:

• превключване на мощен товар;
• висока скорост на превключване;
• идеална галванична изолация;
• способност за задържане на високи претоварвания за кратко време.

Сред механичните конструкции наистина не е възможно да се намери реле с подобни параметри. Като цяло предимствата на полупроводниковите релета спрямо техните механични аналози са изразени във впечатляващ списък.

Две електронни устройства, които функционално осигуряват превключване на вериги: отляво е базирано на твърдотелен дизайн, отдясно е традиционна механична превключваща система

Условията на работа за TSR практически не ограничават използването на тези устройства. В допълнение, липсата на движещи се механични части има благоприятен ефект върху експлоатационния живот на устройствата. Така че има всички причини да започнете работа върху твърдотелно реле - да сглобите устройството сами.

Въпреки това, честно казано, заедно с положителните аспекти, заслужава да се отбележат свойствата на релето, които се характеризират като недостатъци. По този начин, за работата на мощни устройства, като правило, е необходим допълнителен конструктивни компонент, който е предназначен да премахва топлината.

В случай на превключване на мощен товар, полупроводниковите релета почти винаги се допълват с мощни охлаждащи радиатори. Тази точка донякъде усложнява използването на TTP

Охлаждащите радиатори за твърдотелни релета имат габаритни размери няколко пъти по-големи от размерите на твърдотелни релета, което намалява удобството и рационалността на монтажа.

TSR устройствата по време на работа (в затворено състояние) дават обратен ток на утечка и показват нелинейна характеристика на тока и напрежението. Не всички полупроводникови релета могат да се използват без ограничения в характеристиките на превключваните напрежения.

Проектиран за използване само във вериги, захранвани с постоянен ток. Обикновено тези устройства се отличават с малки размери и ниска мощност на превключване.

Някои видове устройства са проектирани да превключват само постоянен ток. Въвеждането на полупроводникови релета във верига обикновено изисква допълнителни мерки, насочени към блокиране на фалшиви аларми.

Релетата в твърдо състояние често могат да бъдат намерени като цяло ел.табло на апартамента.

Как работи едно твърдотелно реле?

Управляващият сигнал (обикновено напрежение с ниско ниво, идващо, например, от управляващ контролер) се подава към светодиода на оптоелектронната двойка, присъстваща в SSR веригата. Светодиодът започва да излъчва светлина към фотодиода, който от своя страна се отваря и започва да пропуска ток.

Обобщена диаграма на SSR, която ясно показва как функционира едно електронно устройство: 1 – източник на управляващо напрежение; 2 – оптрон в корпуса на релето; 3 – източник на ток на натоварване; 4 - натоварване

Токът, преминаващ през фотодиода, достига до управляващия електрод на ключовия транзистор или тиристор. Ключът отваря и затваря веригата на товара.

Ето как работи функцията за превключване на устройството. Цялата електроника традиционно е затворена в монолитен корпус. Всъщност, това е причината устройството да се нарича полупроводниково реле.

Можете да прочетете как да свържете полупроводниково реле в този материал.

Видове полупроводникови превключватели

Цялата съществуваща гама от устройства може да бъде разделена на групи въз основа на категорията на свързания товар, характеристиките на контрола на напрежението и превключването.

Така ще има общо три групи:

1. Устройства, работещи в постоянни вериги.
2. Устройства, работещи във вериги с променлив ток.
3. Универсални дизайни.

Първата група е представена от устройства с параметри на работното управляващо напрежение 3 – 32 волта. Това са сравнително малки електроники, оборудвани с LED индикация, способни да работят без прекъсване при температури от -35 / +75 ºС.

Широко използван дизайн на електронно устройство за използване в еднофазна електрическа мрежа.Има и други опции за дизайн, но много по-рядко.

Втората група са устройства, предназначени за монтаж в мрежи с променливо напрежение. Ето дизайните на TSR за монтаж в променливотокови мрежи, управлявани от напрежение 24 - 250 волта. Има устройства, способни да превключват товари с голяма мощност.

Третата група са устройства за универсална употреба. Схемата на този тип устройство поддържа ръчна конфигурация за използване при определени условия.

Въз основа на естеството на свързания товар трябва да се разграничат два вида променливотокови полупроводникови релета: еднофазни и трифазни. И двата типа са предназначени за превключване на доста мощни товари при токове от 10 - 75 A. В този случай пиковите краткотрайни стойности на тока могат да достигнат 500 A.

Широко използван вариант за използване в трифазна електрическа мрежа. Често се използва като линеен регулатор на мощни електрически нагреватели (TEH)

Натоварването, превключвано от полупроводникови релета, може да бъде капацитивни, резистивни или индуктивни вериги. Конструкциите на превключвателите позволяват плавно управление, например на нагревателни елементи, лампи с нажежаема жичка и електрически двигатели без ненужен шум.

Надеждността на работа е доста висока. Но в много отношения стабилността и издръжливостта на полупроводниковите релета зависи от качеството на производството на продукта. По този начин устройствата, произведени под определена марка „Импулс“, често се отбелязват с краткия си експлоатационен живот.

От друга страна, продуктите на Schneider Electric не оставят място за критика.

Как да направите TTP със собствените си ръце?

Като се има предвид конструктивната характеристика на устройството (монолит), веригата се сглобява не върху текстолитна платка, както е обичайно, а чрез повърхностен монтаж.

Ето как изглежда домашно направен дизайн на твърдотелно реле. Не е трудно да се направи нещо подобно. Всичко, от което се нуждаете, са основни умения по електроника и електротехник. Материалните разходи са малки

Има много схемни решения в тази посока, които могат да бъдат намерени. Конкретната опция зависи от необходимата комутационна мощност и други параметри.

Електронни компоненти за схемно сглобяване

Списъкът с елементи на проста схема за практическо разработване и изграждане на твърдотелно реле със собствените си ръце е както следва:

1. Оптрон тип MOS3083.
2. Триак тип VT139-800.
3. Транзистор серия KT209.
4. Резистори, ценеров диод, LED.

Всички посочени електронни компоненти са запоени чрез повърхностен монтаж съгласно следната схема:

Принципна диаграма на твърдотелно реле с ниска мощност за сглобяване „Направи си сам“. Малък брой части и проста шарнирна инсталация ви позволяват да запоявате веригата без затруднения

Благодарение на използването на оптрона MOS3083 във веригата за генериране на управляващ сигнал, входното напрежение може да варира от 5 до 24 волта.

И поради верига, състояща се от ценеров диод и ограничителен резистор, токът, преминаващ през контролния светодиод, се намалява до възможно най-малко. Това решение осигурява дълъг живот на контролния светодиод.

Проверка на сглобената верига за функционалност

Сглобената верига трябва да бъде проверена за функционалност. В този случай не е необходимо да се свързва напрежение на натоварване от 220 волта към превключващата верига чрез триак. Достатъчно е да свържете измервателно устройство - тестер - успоредно на комутационната линия на триака.

Проверка на работата на твърдотелно реле с помощта на измервателно устройство.Ако към входа на устройството се приложи управляващо напрежение, преходът на триак трябва да е отворен

Режимът на измерване на тестера трябва да бъде настроен на „mOhm“ и трябва да се подаде захранване (5-24V) към веригата за генериране на управляващо напрежение. Ако всичко работи правилно, тестерът трябва да покаже разлика в съпротивлението от “mOhm” до “kOhm”.

Изграждане на монолитно тяло

Под основата на корпуса на бъдещото твърдотелно реле ще ви е необходима алуминиева плоча с дебелина 3-5 мм. Размерите на плочата не са критични, но трябва да отговарят на условията за ефективно отвеждане на топлината от триака при нагряване на този електронен елемент.

Рамка за изливане на тялото на бъдещото устройство. Изработена от картонена лента или други подходящи материали. Фиксира се върху алуминиева основа с универсално лепило

Повърхността на алуминиевата плоча трябва да е равна. Допълнително двете страни трябва да бъдат обработени - почистени с фина шкурка и полирани.

На следващия етап подготвената плоча е оборудвана с „кофраж“ - около периметъра е залепена граница от дебел картон или пластмаса. Трябва да получите нещо като кутия, която по-късно ще бъде напълнена с епоксидна смола.

Вътре в създадената кутия е поставена електронна твърдотелна релейна верига, сглобена с „сенник“. Само триакът се поставя върху повърхността на алуминиевата плоча.

Фиксиране на триак върху алуминиева основа. Основното условие е този електронен компонент да бъде плътно притиснат към металната основа. Това е единственият начин да се осигури висококачествено отвеждане на топлината и надеждна работа.

Никакви други части на веригата или проводници не трябва да докосват алуминиевата основа. Триакът се закрепва към алуминия с тази част на корпуса, която е предназначена за монтаж на радиатор.

Трябва да се използва топлопроводима паста върху контактната зона на тялото на триака и алуминиевата основа. Някои марки триаци с неизолиран анод трябва да се монтират през уплътнение от слюда.

Възможност за закрепване на триак към основата с помощта на нит. На обратната страна нитът е сплескан наравно с повърхността на субстрата

Триакът трябва да се притисне плътно към основата с някаква тежест и да се напълни с епоксидно лепило около периметъра или да се закрепи по някакъв начин, без да се нарушава гладката повърхност на задната страна на основата (например с нит).

Подготовка на съединението и изливане на тялото

За да произведете твърдото тяло на електронно устройство, ще трябва да направите съставна смес. Съставът на комбинираната смес се прави на базата на два компонента:

1. Епоксидна смола без втвърдител.
2. Алабастър на прах.

Благодарение на добавянето на алабастър, майсторът решава два проблема наведнъж - той получава изчерпателен обем от сместа за изливане при номиналната консумация на епоксидна смола и създава пълнеж с оптимална консистенция.

Сместа трябва да се смеси старателно, след което можете да добавите втвърдителя и отново да разбъркате добре. След това „шарнирната“ инсталация вътре в картонената кутия се запълва внимателно с създаденото съединение.

Ето как изглежда готово копие на твърдотелно реле "направи си сам". Донякъде необичайно и не много представително, но доста надеждно

Пълненето се извършва до най-горното ниво, като на повърхността остава само част от главата на контролния светодиод. Първоначално повърхността на сместа може да не изглежда съвсем гладка, но след известно време картината ще се промени. Остава само да изчакате пълното втвърдяване на отливката.

Всъщност можете да използвате всяко решение, подходящо за отливане.Основният критерий е съставът на отливката да не е електропроводим, плюс добра степен на твърдост на отливката трябва да се образува след втвърдяване. Корпусът на лятото твърдотелно реле е вид защита на електронната верига от случайни физически повреди.

Изводи и полезно видео по темата

Това видео показва как и на базата на какви електронни компоненти може да се направи полупроводниково реле. Авторът ясно говори за всички детайли на производствените практики, с които се е сблъскал лично по време на производството на електронен ключ:

Видео за проблем, който може да срещнете след закупуване на еднофазен SSR от продавачи от Китай. По пътя той провежда един вид преглед на дизайна на превключващото устройство:

Самостоятелното производство на полупроводникови релета е напълно възможно решение, но по отношение на продукти за нисковолтови товари, които консумират относително ниска мощност.

Трудно е да направите по-мощни и високоволтови устройства със собствените си ръце. И това финансово начинание ще струва същата сума, на която е оценено фабричното копие. Така че, ако е необходимо, е по-лесно да закупите готово индустриално устройство.

Ако имате въпроси относно сглобяването на твърдотелно реле, моля, задайте ги в секцията за коментари и ние ще се опитаме да им дадем много ясен отговор. Там можете да споделите опита си да правите сами релета или да предоставите ценна информация по темата на статията.